本部分教程通过一个简单的放大电路来告诉您如何使用 Proteus VSM 实现基于图表的仿真名气。包括以下步骤：

第四部分的教程不包括 ISIS 软件的使用说明——也就是一系列的元件放置、导线连接、对象标记等操作如果 您还没有熟悉 ISIS 的使用，请先阅读第一部分“ISIS原理图绘制教程”嘚内容。

在尝试对自己的电路设计进行图表仿真名气之前我们强烈建议遵循本教程的步骤来学习和练习。正确理解本教程 涉及的概念將让你能够更加快速地吸收和消化帮助文档里面的内容并在长期的工作中让你节省大量的时间和 跳过一些不必要的挫折。

我们学习的例孓是一个基于 741 运放的音频放大电路如下图所示。它是 741 一个不常见的电路组成工作在

单个 5V 电源下。反馈电阻 R3 和 R4 设定了该级增益约为 10输叺偏置元件 R1、R2 和 C1，在同向输入端设 置虚地参考点并对输入信号进行去耦。

通常情况下我们都会对电路进行瞬态分析。因为瞬态分析对這类电路是最有效的能够提供电路的大量信息。 在完成瞬态分析后我们再进行其它类型的分析并进行比较。

如果你愿意你可以自己繪制这个电路；也可以从 Proteus 软件中通过“文件->打开模板工程->教程->模拟仿真名气

教程（第 1 部分）”加载一个已有的设计文件。无论你选择哪种方式在进行下一阶段的学习之前，都要确保 你已经可以有一个完整的电路可以进行仿真名气

为了测试这个电路，我们需要为它提供一個合适的输入信号我们可以使用方波电压信号源来作为输入激励。

点击激励源模式图标在对象选择器中显示可用的激励源类型列表。對于我们这个电路的仿真名气需要一个脉冲 激励源。所以我们选择脉冲激励源类型将鼠标移到编辑窗口中的 IN 终端右边，然后在连线上點击左键即可 放置这个激励源到电路中，并且连接到电路的输入端

激励源对象就像 ISIS 中其它的大部分对象，在放置之前同样可以进行预覽和旋转放置以后可以对其编辑、移 动、重新定向或删除（参阅参考手册中的激励源和探针，有更详细的说明）

我们刚才是将激励源矗接放在连线上，这样可以自动连线省略连线的步骤。当然还可以把激励源放在导线 的旁边，然后使用正常方式进行连线如果激励源是直接放在连线上的，如果你拖动激励源离开连线ISIS 会 假定你想要将其从连线上分离，因此不会连其它元件一样一起拖动连线

我们注意到，激励源被自动分配了一个参考标号——自动以终端名字 IN 给激励源命名事实上，只要激励源连 接到任意一个对象（或者直接放在连線上）都会使用所连接的网络名字为激励源命名。如果这个网络没有命 名默认情况下会使用最接近的元件引脚名字来给激励源命名。

在高电压字段将值设置成 10mV然后将脉冲宽度设置成 0.5s。

选择“确定”按钮确认参数

在这个电路中我们使用激励源给了电路输入信号。现在我们在电路的关键位置放置探针来监测信号很明显，

输出信号和偏置后的输叺信号是我们感兴趣的关键点因此，在这两个位置放置两个电压探针如果需要，还 可以在其它关键点放置多个探针

我们来放置探针，先选择探针模式然后在对象列表窗口选中电压探针。探针可以直接放到连线上也可以像 其它元件一样，放置后再进行连线移动鼠標到编辑窗口中 U1 引脚 3 的左边，点击左键放置探针一定要把 探针的引脚放在导线上，而不能放在 U1 的引脚上注意，探针自动获取的名字是離它最近的元件的名字+元件 的引脚名引脚名放在括号中。现在在终端 OUT 的左边也就是结点和终端引脚之间的连线上，点击左键放置 第二個探针

探针同激励源和 ISIS 中其它的大部分对象一样，在放置之前同样可以进行探针的预览和旋转放置以后可以进 行探针的编辑、移动、偅新定向或删除（可以从参考手册中的探针部分获取更多信息）。如果要改变探针的参 考标号可以对其进行编辑。在我们的例子中默認分配的名字都很好。

现在我们已经建立了电路并设置了激励信号和探针准备仿真名气但我们还需要放置一个图表来显示仿真名气结果。

在仿真名气中图表发挥了重要作用，它不仅充当了结果的显示媒介而且还定义了实际仿真名气的执行过程。

通过放置一个或多个图表到电路中并且指出你希望通过图表看到的各种数据（数字、电压、阻抗等），ISIS

将自动判断你要完成的图表仿真名气类型以及仿真名氣中所需要包含的某一部分电路。 对于瞬态分析我们需要一个模拟图表。这里使用模拟图表而不是用瞬态图表来命名是为了和显示数芓分析

结果的数字图表进行区分。数字分析也是瞬态分析的一种特殊形式数字分析和模拟分析的结果数据可以使用

同一个混合图表在一個时间轴上显示。 在放置图表到电路中前首先选择图表模式图标，对象选择器中会显示可供使用的图表类型的列表选择“模

拟图表”，将鼠标移到编辑窗口点击左键开始放置图表，拖出一个适当大小的矩形再次点击左键完成图表

操作图表与操作 ISIS 中大多数对象类似，雖然它们有一些细微的差别我们将在本教程的适当位置进行介绍，

但是关于图表的帮助文档还是非常值得去仔细阅读的 使用鼠标的左鍵点击图表，然后（按下鼠标左键）拖动其中一个缩放控制柄可以重新调整图表的大小。 我们现在把激励源和探针添加到图表中注意，实际上每一个激励源都是一个探针，所以要查看激励源的输

入信号是没有必要再放置另一个探针的

在图表中添加探针和激励源的方式有三种： 第一种方式就是将探针/激励源拖到图表中，然后释放鼠标左键——这个操作就好像我们在移动探针/激励源到另

一个位置一样——对每一个探针/激励源都重复这样的操作ISIS 会检测到你在向图表中添加探针/激励源，添加

后探针/激励源还会恢复到原来的位置同时在图表中添加一个同名的图线。在模拟图表中图线可与左边或右 边的坐标轴相关联，放置时探针/激励源将自动关联到离放置位置最近的坐標轴。不管你放置探针/激励源到哪 个坐标轴新的图线总是添加在已存在的图线下面。

第二种和第三种向图表添加探针/激励源的方式都是使用“图表”菜单中的增加导线命令这个命令用来向当前 图表增加探针（当有多个图表时，当前图表是“图表”菜单中被选中的那个图表）

在探针或激励源没有被选中时，如果调用“添加图线”命令将会出现“添加瞬态图线”对话框，然后可以从 设计中所有探针（包括其他原理图页面中的探针）的列表中选择探针

如果在调用“添加图线”之前选中了探针或激励源，将会提示你是否在当前图表中快速添加选中的探针选择

“取消”，将会同之前描述的一样调用添加瞬态图线对话框选择“确定”，将会在当前图表中添加所有选中 的探針/激励源并按名字的字母顺序进行排序。

我们来将探针和激励源快速地添加到图表中可以按住 CTRL 键，然后一个一个点击选中探针和激励源也可 围绕整个电路拖一个矩形框选中所有的电路，系统会自动忽略除了探针和激励源之外的所有其它选中对象最 后从“图表”菜单Φ选择“添加图线”命令，然后在弹出的提示框中选择“确定”图线将会出现在图表中（因 为只有一个图表，并且是最近使用的图表茬“图表”菜单下处于被选中的状态，因此也就被认为是当前图表） 现在在图表中应该可以看到图线有一个名字（放在轴的左边）和一個空白的数据区（图表主体部分）。如果图 表中没有显示图线可能是 ISIS 中画的图表太小了，通过选中图表并拖动其中的一个角就可以调整圖表的大小 使其足够大能够清楚看到图线的名字。

正如上图显示的我们的图线按字母的顺序依次排列。当然我们也能重新排列这些圖线的顺序，先确保图表 没有被选中然后在你想要移动或编辑的图线名字上点击左键。当导图被选中并处于突出显示的状态时你就 可鉯使用鼠标的左键向上或向下拖动图线或编辑图线（不移动鼠标而点击左键），点击右键将删除图线（从图 表中移除图线）在图表的其怹地方点击鼠标左键，可以取消图线的选中状态

在开始仿真名气图表之前，我们还有最后一项设置要做就是设置仿真名气运行的时间。ISIS 将根据图表 X 轴的结束时 间来仿真名气电路对于一个新建的图表，默认值是 1s对于我们这个电路而言，我们希望输入的方波是 10kHz 的音频這需要 100ms 的仿真名气时间。先选中图表然后左键点击图表将弹出一个“编辑瞬态图表”的对话框。 在这里你可以对图表设置标题指定仿嫃名气开始和停止的时间（对应着 X 轴左边最小值和右边的最大值），给左

坐标轴和右坐标轴命名（在数字图表中不会显示）还可以指定汸真名气运行的一般属性。我们需要做的就是将停 止时间从 1 改成 100u（可以直接输入 100uISIS 会自动转换成 100E-6），然后选择“确定”

现在可以运行图表来仿真名气这个电路。为了避免出现一些不可预知的问题读者可以使用 Proteus 提供的模板工 程（打开模板工程->教程->模拟仿真名气教程（第 2 部汾））来进行仿真名气。

进行图表仿真名气你只需要从“图表”菜单中调用“仿真名气图表”命令（或者使用快捷键：空格键）。仿真洺气命令使

电路进入仿真名气过程并把仿真名气结果自动更新到当前图表（“图表”菜单中被标记的图表）中。

运行图表仿真名气的过程中状态栏会显示仿真名气的进度。仿真名气完成后将使用新的数据重绘图表。对于目前的 ISIS 版本以及仿真名气内核它将忽略图表的開始时间这个参数，也就是说仿真名气总是在 0 时刻开始直到到达停止时间 或是到达静止状态。你可以在仿真名气的过程中按下“ESC”键来Φ止仿真名气

仿真名气日志记录了上一次的仿真名气细节。你可以点击原理图左下角的仿真名气监视器查看仿真名气日志仿真名气模擬电路的仿 真日志很少有让人感兴趣的东西，除非有警告或错误在这种情况下，你可以发现这些错误的一些细节在某 些情况下，仿真洺气日志可以提供一些从图表曲线不能得到的有用的信息

第一次仿真名气图表的过程就完成了，我们观察一下图表中的曲线发现很难看到任何细节。要检查电路是否按我

们设想的那样进行工作我们需要做一些测量。

在原理图中与电路一起放置的图表是最小化了的如果要进行测量，我们必须先将图表进行最大化可以通过

测量在图表中是看不到光标的，状态栏也只显示图表标题信息当放置测量光标后，图表的底部会显示光标 嘚所在位置的数据和增量值

曲线的颜色与自己名字的颜色是相同的，不同曲线的颜色不相同因此通过颜色可以区分曲线。如果 IN、U1(POS IP) 和 OUT 曲線都放在左坐标轴那么可以看到 OUT和 U1(POS IP) 的曲线聚集在图表的顶部（红色的为 OUT 曲线，黄色的为 U1(POS IP)曲线）而 IN 的曲线（蓝色）在图表的底部。这是洇为 OUT 和 U1(POS IP) 的幅 值比 IN 大很多不是在一个数量级，这不利于我们观察曲线的细节

为了观察曲线的更多细节，我们需要将 IN 的曲线与其它两个隔離开可以使用鼠标左键拖动 IN 曲线的名字到 图表的右边来实现，这将会在图表右边出现一个合适刻度值的另一个坐标轴右边坐标轴与左邊坐标轴的刻度 是各自独立的。现在 IN 的曲线似乎放大了这是因为 ISIS 为右边的坐标轴选择了更精细的刻度。

为了使这个图表更加清晰也许朂好的方法是移除 IN 曲线，因为使用 U1(POS IP)就能满足我们的需求右键

点击 IN 曲线名，选择“删除曲线”菜单图表将恢复到只有左边坐标轴的情况。 下面我们使用光标来测量两个量：

之后通过一个小的“X”表示并显示在波形上。

下面先来放置参考光标在操作参考光标和主光标时鈳以使用相同的按键或动作，因为参考光标比主光标较少 使用到所以在使用参考光标时要按住 CTRL 键才能控制。放置光标时你需要在想要鎖定光标的地方左键点 击曲线。如果按下 CRTL 键将放置参考光标，如果没有按下将放置主光标。鼠标按键保持按下状态可以拖 动光标

按住 CTRL 键并按下鼠标左键，移动指针到图表的右边将出现的红色参考光标移到 X 轴的 70us 或 80us 位置。 现在状态栏显示的就不再是图表的标题了显示嘚是光标位置的时间（红色，在左边）、电压值和曲线名（在 右边）

你可以使用键盘上的向左和向右光标键在 X 方向上移动光标，可以使鼡向上和向下光标键把光标锁定到前一个 或后一个曲线左右键可以分别移动光标到达 X 轴的左右极限。当 CTRL 键被按下时键盘上的左右键和仩下 键可以控制参考光标的移动和曲线锁定。

现在把主光标移动到 20us 和 30us 之间并锁定到曲线 OUT 上。这个过程除了不需要按住 CTRL 键之外和 上面的參考光标放置完全一样，主光标的时间和电压现在也显示在状态栏中

在状态栏显示的信息里面还有两个光标的时间差和电压差。电压差應该小于 100mV由于输入脉冲的幅值是

10mV，所以放大器的电压增益大约是 10注意，这个电压差是正的因为主光标是在参考光标之上，而电压 差昰由主光标的值减去参考光标的值得到的

我们可以将主光标和参考光标定位到输出脉冲下降沿的两边，使用两个光标的相对时间差来测量下降时间这 可以通过鼠标拖动光标或使用光标键实现（对参考光标不要忘记 CTRL 键）。主光标应该放在曲线的右边直到 曲线处于伸直状态為止参考光标应该放在下降沿开始的拐角处，你应该会发现下降沿的时间是小于 10ms

我们已经完成了图表的测量操作，现在返回到电路中通过点击图表页面右边的“x”图标即可关闭最大化图表。

现在我们使用电流探针测量反馈电路中的电流，这可以通过测量流入 R4 的电流來实现 电流探针和电压探针的使用方式类似，但有一个重大的差别：电流探针有是要指定放置方向的在电路连线上

放置电流探针，可鉯等效为电流探针把连线断开然后把自己连接到断开的连线的两端。所以电流探针需要知

道连线的方向因此如果把电流探针放置到与連线平行的方向上，那么电流探针放置的方向也就是连线的方向 电流探针默认以水平方向放置，测量的电流也只能是从左到右的水平连線上的电流如果要测量垂直连线上的

电流，电流探针需要旋转 90 度或 270 度放置如果放置电流探针的角度是错误的，在仿真名气时将会报告这个

错误，可以查看探针图标上的箭头与电流方向是否相同来解决这类错误 通过点击对象列表中的电流探针的图标选择电流探针，左鍵点击顺时针旋转图标使箭头指向下，然后在 R4

右边连接 U1 第 6 引脚的垂直导线上放置探针

在进行这一步前确保右坐标转没有被电压探针使鼡。将电流探针拖到最小化了的图表的右边对于电流探针， 放到图表的右坐标轴是一个不错的选择因为电流探针通常和电压探针的刻喥不同，所以需要一个单独的轴来 显示

目前，对于电流探针还没有在图表中绘制对应的曲线。按下空格键重新仿真名气图表就会出現电流曲线 OUT，

从最小化的图表中我们就可以看到反馈回路中的电流波形与输出电压波形非常接近，这正是运算放大器应有 的波形电流茬 10uA 和 0uA 之间变化，分别对应着曲线中的最大值和最小值如果你愿意，可以将图表最大 化后进行更仔细的检查和测量

在模拟电路仿真名气Φ，除了瞬态分析外还有其它几种分析类型和图表。这些图表、探针和激励源的使用方式都

是一样的我们接下来讨论频率分析图表，茬频率分析图表中X 轴是频率（或者以对数表示），Y 轴显示的 是被测信号的幅度和相位

为了完成频率分析，必须使用频率分析图表左鍵点击图表图标切换到图表模式，在对象选择器中将显示可用 的图表类型列表点击“频率分析图表”类型，然后像之前一样在原理图中放置图表：在空白区域使用鼠标左 键拖一个框然后再次点击左键进行确认。这不需要删除原有的瞬态分析图表

现在开始添加探针，我們应该添加电压探针 OUT 和 U1(POS IP)在频率分析图表中，两个 Y 轴（左边和右边） 有特定的意义左 Y 轴用于显示探针信号的幅度，右Y 轴用于显示探针信號的相位为了能看到幅度和相位，

我们必须在图表的两边都添加探针先拖动探针 OUT 到图表的左边，然后再次拖动这个探针到图表的右边可 以看到这两条曲线有不同的颜色，但它们的名字相同拖动探针 U1(POS IP)到图表的左 Y 轴就可以。

幅度和相位值必须指定一个参考量在 ISIS 中，可鉯指定一个参考激励源作为参考量参考激励源在 相位 0° 处总是有一个 0dB（1V）的输出。电路中任何已有的激励源都可以被指定成参考激励源而电路中其他激励源 在频率分析中都会被忽略。在我们的电路中可以指定激励源 IN 作为参考量只需要简单的将其拖到图表中，就像添加探针的方法一样由于你添加的是一个激励源，ISIS 会假设你添加的这个激励源是当作参考激励源的 并会在状态栏显示一条消息来进行确认。请你按照上面描述的方法进行操作否则仿真名气将不能正常工作。

没有必要去编辑图表的属性因为对于我们的目的，选择默认的频率范围可以了如果你打开了图表的属性对 话框（右键点击图表，选择“编辑属性”）你会发现编辑频率图表对话框与瞬态图表的对话框略有不同。频 率图表不能修改坐标轴的名字因为两个轴都有特殊的意义。选项下面有一个勾选框可以让幅度的显示在 dB与正常的电压單位间进行选择。这里最好使用默认值即使用 dB，因为图表中显示的电压绝对值不是电路中真 实的电压值而是相对于参考激励源的一个電压值。

现在右键点击图表从弹出的菜单中选择“仿真名气图表”命令开始仿真名气图表。当仿真名气完成以后使图表最大化， 让它茬一个新的选项页中显示

首先观察 OUT 的幅度曲线，我们可以看到通频带增益只有 20dB（正如预期的）可用的频率范围是 50Hz 到

20kHz。你可以使用光标來进行测量验证光标的使用方法见前一节的描述。

输出信号 OUT 的相位曲线显示了相位失真的程度在电路响应的极限位置，相位下降到-90 度即图表的最右 边位置，这是单位增益所在的频率如果检查 U1(POSIP)的幅度曲线，输入偏置电路的高通滤波器效果清晰可 见注意左 Y 轴的刻度是對数形式表示的，如果要读取 U1(POS IP)的幅值需要使用光标进行读取。

ISIS 还能对电路中由于一些参数的变化对电路产生的影响进行分析有两种分析类型：直流扫描图表和交流扫

描图表。直流扫描图表显示的是扫描变量变化时电路工作点的值的变化而交流扫描图表显示的是一系列嘚单 点频率分析值，以幅度和相位形式表示就像使用频率分析图表一样。

由于这两个图表的分析形式类似所以我们只讨论其中的一个——直流扫描图表。在示例电路中输入偏置电 阻 R1 和 R2 受流入 U1 的小电流影响。要了解这两个电阻值的改变将如何影响偏置点可以使用直流掃描图表。

首先在原理图中的空白区域放置一个直流扫描图表，然后将探针 U1(POS IP)拖到图表的左边我们需要设置 扫描值，点击右键选择“編辑属性”菜单。如上图所示编辑直流扫描图表对话框包括设置扫描变量的名字，

开始和停止的值扫描的步数等。我们想要扫描的电阻值范围是 100k 到 5M因此设置开始值 100k、停止值

5M，点击确定提交修改

当然，电阻 R1 和 R2 也需要修改才能进行扫描左键双击 R1 进行编辑，将其值从 470K 改變成 X点击“确 定”完成修改。注意上面这个编辑直流扫描图表对话框中的扫描变量是也是用 X 表示的。关于 R2重复这个 编辑操作，将它嘚值也设置成 X

现在，使用右键点击图表在弹出的菜单中选择“仿真名气图表”命令仿真名气图表。然后最大化图表，你能看到由 于偏置电阻的增加导致偏置电平慢慢降低在 5M 欧的位置，电平已经比 2.5V 低了很多

当然，偏置电阻的改变对频率响应也有影响特别是在低频段。我们可以在 50HZ 的范围内做一个交流扫描分 析来观察偏置电阻对频率响应的影响

最后一个值得一讲的的分析图表是噪声分析图表。在这個分析图表中仿真名气器将考虑每一个元件产生的大量热

噪声。在电路中的每一个探测点将把所有的噪声分量进行平方求和运算计算嘚结果与对应的噪声带宽绘制到 图表中。

对于噪声分析有以下几个重要特性：

?               PROSPICE 可以计算输入和输出的噪声。要计算输入噪声必须要萣义一个输入参考量，这可以通过 将一个激励源拖入图表中来完成就像频率参考量一样。图表将为绘制每个输出探测点在输入点的等 效噪声

在我们的电路中，为了完成噪声分析我们必须要先将 R1 和 R2 的值恢复到 470kW。然后选择噪声分析图表 类型在原理图中的空白区域放置一個新的图表。我们将电压探针 OUT 拖到图表中因为我们要测量 OUT 这

一点的噪声。打开图表的“编辑噪声图表”对话框需要把输入激励源 IN 设置為输入参考量。在对话框中还有

一个以 dB 显示结果的勾选框如果勾上这个勾选框，0dB 就是 1V 的均方根在这里我们不需要设置这一项， 点击“確定”完成设置

点击空格键仿真名气图表，当图表被最大化以后你会发现噪声分析图表产生的值通常都非常小（在我们这个例子 中是 pV 級别），这是符合预期的但在你的电路中应该怎样去追踪噪声的来源呢？是在仿真名气日志中！

点击状态栏的仿真名气日志信息如上圖所示，你应该能看到以‘Total Noise Contributions at...’开始的一行文本

这里列出了每个电路元件的噪声贡献（在整个频率范围内）。这里的大部分元件都是运放嘚内部元器件带有 前缀 U1_。如果在“编辑噪声图表”对话框中选择了记录频谱贡献的选项将会得到更详细的仿真名气日志数据， 它将在烸一个频率点记录每个元件的贡献值